【ZiDongHua 之“推好新品榜”收录关键词：智能软硬件 无人机 机器学习 传感器 】
　　
　　田富强教授团队丨洪水预报智能软硬件一体化产品
　　
　　洪水预报智能
　　
　　软硬件一体化产品
　　
　　Flood Intelligent Forecasting
　　
　　Integrated Hardware and Software Product
　　
　　清华大学田富强教授团队
　　
　　引言
　　
　　针对城市和山区洪水精准预报预警需求，聚焦破解当前洪水预报系统构建数据割裂和效率低下难题，创新性应用智能和无人科技赋能洪水预报，研发了精准洪水预报系统智能构建软硬件一体化产品，产品在北京和福建得到了业务化应用。在25年4月第二十届水利先进技术推介会上，该产品被水利部科技推广中心列入“天空地水工”技术推广清单。
 
　　
　　洪水预报智能软硬件一体化产品一览
　　
　　01
　　
　　流域地表监测无人机
　　
　　Water Control Survey Drone
　　
　　水利测绘特化飞行无人机
　　
　　自主研发水利测绘特化飞行无人机，具备高升阻比，高机动性能，更加适合在复杂地形山区作业，实现洪水预报模型参数的快速监测和解算，自主研发智能算法提取高精度地形、河网、地物单体模型、糙率、冠层截留等参数。
　　
　　◇ 测传相结合，提升飞控安全性
　　
　　◇ 测模演相结合，实时校核数据精度，一次作业不返工
　　
　　◇ 设备全国产化，符合信创要求
　　
　　◇ 单日作业面积200km²
　　
　　◇ DEM分辨率30cm，误差<2cm
　　
　　◇ 闸坝桥涵和建筑等LOD2级模型
　　
　　02
　　
　　暴雨监测和短临预报
　　
　　Radar QPE & Nowcasting
　　
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　　暴雨雷达监测
　　
　　多雷达组网拼图和暴雨雷达监测新方案：
　　
　　◇ 充分利用反射率信息优化组网拼图技术，提升对流降水系统强度和落区的识别精度
　　
　　◇ 在降雨反演中引入云团垂直结构的综合分析，显著改善极值降雨量的反演表现
　　
　　◇ 结合天气学原理和物理约束条件，强化短临预报模型的物理一致性和科学性，从而显著提高预报的准确性
　　
　　◇ 提供30-500米分辨率，更新频率5分钟以内的QPE产品
　　
　　23·7北京市特大暴雨雷达反演
　　
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　　短临预报
　　
　　降雨短临预报的深度时空表征增强模型：
　　
　　◇ 深度卷积神经网络、生成对抗网络和时空表征增强等技术构建
　　
　　◇ 多波段雷达组网观测数据训练和推理
　　
　　◇ 相较数值模式、光流法和其他深度学习模型，该模型更能表征降雨空间变异性，从海量雷达数据中捕捉降雨系统的复杂非线性变化规律
　　
　　◇ 精准推演降雨系统的生长、发展、消亡过程，提供未来0–3小时的区域降雨强度和降雨量预报
　　
　　03
　　
　　洪水预报模型
　　
　　Flood model
　　
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　　水文模型
　　
　　◇ 代表性单元流域水文模型：基于主导产流机制时空变化规律定制本地化同位素水文模型
　　
　　◇ 快速建模：云端执行河网提取、流域划分、驱动数据制备等模型构建任务
　　
　　◇ 一键调参：根据用户指定的数据源、时间范围，用户可自主或在云端率定参数
　　
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　　水动力模型
　　
　　◇ 采用全域二维水文水动力底层耦合，协同考虑外洪内涝演进
　　
　　◇ 采用非结构三角网格分级约束离散，高效兼容多尺度高程数据集，满足流域-山沟-城市跨尺度系统一体化建模需要
　　
　　◇ 采用多GPU加速模型计算
　　
　　◇ 支持接入暴雨雷达监测产品，提供基于热启动模式的洪涝滚动预报
　　
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　　洪涝全要素代理模拟软件
　　
　　机器学习代理加速
　　
　　◇ 过程-数据融合驱动，实现与原物理性模型模拟要素严格对应的代理模拟
　　
　　◇ 长短时记忆单元学习水文产流过程，自动考虑前期土壤湿度的时序影响
　　
　　◇ 图注意力单元学习水动力汇流过程，自动表示非结构化单元的空间关联
　　
　　◇ 3小时降雨事件解算时间在0.03秒内
　　
　　04
　　
　　无线土壤水分传感器网络
　　
　　Wireless Sensor Network (WSN)
　　
　　设备管理和数据可视化APP
　　
　　← WSN节点传感器
　　
　　◇ 低成本土壤水分传感器及实时传输解决方案。节点传感器国产化，性价比高，具备数据中继功能，采样周期10秒~1天
　　
　　◇ 一体化无线传感器设计。集成通信、控制、电源和测量模块，便于携带安装。可测量土壤剖面体积含水量、土壤温度和土壤电导率等参数
　　
　　◇ 全自动实时数据处理流程。自主开发了完整的数据实时收集、实时整理、实时存储、实时发布技术，极大降低了运行维护难度和成本
　　
　　05
　　
　　洪水智能预报车
　　
　　Flood Intelligent Forecasting Vehicle
　　
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　　智龙一号
　　
　　智龙一号洪水智能预报车
　　
　　智龙一号洪水智能预报车集成车载机场、水利测绘无人机、猎汛智瞳设备、洪水预报模型等，可实现百平方公里数字孪生流域的日尺度快速构建、亚米级分辨率山洪和城市内涝过程的分钟级快速预报和实景三维展示。
　　
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　　猎汛智瞳
　　
　　城市环境洪涝模型要素感知设备
　　
　　依托车载移动平台与多模态传感器，配合基于风险感知的地理智能体推理，前瞻指引规划最优监测路线，高效解译雨篦子等基底要素和积水等关键信息，降低模型构建成本30%，缩短模型更新周期至分钟级。
　　
　　产品性能指标
　　
　　已授权和申请中专利：
　　
　　流体高性能CPU-GPU 异构的并行仿真计算系统, 2025103342259
　　
　　区域雨涝测防车辆及方法, 2024119737047
　　
　　基于激光雷达的冠层截留量确定方法及装置, 2024110429021
　　
　　全密封的土壤墒情传感器, 2024215781559
　　
　　测量土壤墒情和地表积水的传感器系统以及测量方法, 2024108941223
　　
　　水动力模拟方法、装置、电子设备及存储介质, 2024107878434
　　
　　洪水智能预报车, 2024303277928
　　
　　可起降垂起固定翼无人机和多旋翼无人机的双机巢装置, 2024211908601
　　
　　无人机可起降收纳的收展平台, 2024106740111
　　
　　基于无人机搭载微波辐射计进行土壤墒情检测方法及装置, 2024105707243
　　
　　无人机接驳用运载及可扩展起降平台车厢, 2024208670087
　　
　　应用情况：
　　
　　在北京和福建等地开展了业务化应用，全过程支撑了“23·7”海河流域特大洪水期间首都抗洪救灾工作。
　　
　　研发机构：清华大学极端暴雨和城乡韧性研究团队
　　
　　负责人：田富强
　　
　　首席科学家：倪广恒
　　
　　联系人：童瑞      Email：179667208@qq.com